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1、1本科学生毕业论文基于全站仪的精密三角高程测量研究系部名称： 测绘工程系 专业班级： 测绘工程 B04-70 班 二八年六月2The Graduation Thesis for Bachelors DegreeStudy on Measurement of the Precise triangulated Height Based on Total Station3摘 要本论文概括地介绍了三角高程测量的原理，一般的作业方法以及与此有关的作业方法的基本步骤。本论文重点在于详细讨论影响三角高程测量精度的各项因素，以及为改善精度所采取的措施；特别是深入地论述了消弱大气折射和垂线偏差影响的各种方法、原
2、理和不同的观点。本课题根据全站仪的功能和技术特点，研究单向三角高程测量、对向三角高程测量、间隔法三角高程测量建立精密高程控制网的理论、方法和措施，分析全站仪进行精密三角高程测量各种方法的精度和可靠性，在过程中，发现问题，努力解决问题，并加以总结，为全站仪在日后测量生产中的广泛应用提供技术支持和理论指导。关键词：高程测量；垂线偏差改正；大气折射；正高高差；全站仪；单向观测中文摘要示例4ABSTRACTIn this paper, a traditional triangel elevation measuring on the principle of general practices and
3、 related practices of the basic steps. This paper focuses on detailed discussions affected triangular elevation measurement accuracy of various factors, as well as to improve the accuracy of the measures taken in particular in-depth discussion of the weakening atmospheric refraction and vertical dev
4、iation of various methods, principles and different points of view . Total Station this issue in accordance with the functional and technical characteristics, on a one-way triangle elevation measurement, the height measurement to 1.30, the height measurement interval of 1.30 to establish the precise
5、 elevation control network theory, methods and measures of precise trigonometric leveling Total Station Ways of measuring the accuracy and reliability in the process, identify problems and strive to solve the problem, and sum up for the Total Station in the future production of measuring the broad a
6、pplication of the provision of technical support and theoretical guidance.Key words: elevation measurement; vertical error correction; atmospheric refraction; poor are high; Total Station; one-way observation5目 录摘要Abstract 第 1 章 绪论11.1 概述21.2 国外精密三角高程测量的研究现状1.3 我国三角高程测量的研究概况1.4 三角高程测量的发展 第 2 章 全站仪三角
7、高程测量的原理及精度分析2.1 全站仪单向观测2.2 全站仪对向观测2.3 全站仪中间法高程测量2.4 三角高程的精度估算公式2.4.1 全站仪对向观测法三角高程测量的精度分析2.4.2 全站仪中间法高程测量及其精度探讨2.5 本章小结第 3 章 大气层折射系数的计算及消弱其影响的方法3.1 近地大气层的大气折光系数特征的分析3.2 根据气温变化率进行三角高程测量的折光改正3.3 大气折光对短边三角高程测量精度影响3.4 本章小结第 4 章 基于全站仪的精密三角高程测量研究4.1 观测方案的研究4.2 外业观测方案的布设4.3 外业数据的处理4.4 本章小结结论33目录示例6参考文献 36致谢
8、38附录407第 1 章 绪 论1.1 概述 在现代工程测量中，全站仪已经普遍应用于生产实践当中，如利用全站仪进行地形图测绘，施工放样，因此基于全站仪的精密三角高程测量研究，就有着很重要的现实意义 。 在工程测量实践中， 19 世纪以前,三角高程测量几乎是测定控制点高程的基本方法,而且广泛用作地形测量的高程控制。 例如 , 在 EDM 三角高程测量 一书中提到， 由于近地面大气层的垂直折光使观测天顶距受到歪曲,成为限制三角高程测量精度的主要障碍.另一方面,由于几何水准测量的发展,并逐渐成为高程控制,特别是精密高程控制的重要手段,而使三角高程测量变成一些特殊情况（如高山区或次地区）的几何水准的补
9、充。但是,几何水准测量的速度 慢、劳动强度大、效率低， 即使国外有使用摩托化水准,也 没 有显著提高它的速度.且劳动强度大,在长倾斜路线上也还受到垂直折光误差累积性影响 ，因此我觉得对三角高程测量的研究，要进一步加强并扩大它的应用领域。 在山区，如 全站仪水准法测量高程的精度研究的报告中提到， 电磁波测距三角高程测量具有作业速度快、效率高，精度能满足一些等级水准的精度要求，是建立高程控制网优先考虑的方法。三角高程测量事一种为广大测量人员所熟知的古老的传递高程的方法，然而由于竖直角的观测精度不高，特别是受到大气垂直折射的影响，比较大，因此我们更要进一步加强对影响三角高程精度的研究。 本课题根据全
10、站仪的功能和技术特点，研究单向三角高程测量、对向三角高程测量、间隔法三角高程测量建立精密高程控制网的理论、方法和措施，分析 全站仪进行精密三角高程测量各种方法的精度和可靠性，在过程中，发现问题，努力解决问题，并加以总结，为全站仪在日后测量生产中的广泛应用提供技术支持和理论指导。 但是，几何水准测量的速度慢，即使国外有使用摩托化水准，也没有显著提高它的速度。且劳动强度大，在长倾斜路线上也还受到垂直折光误差累积性影响，当后、前视视线通过不同高度温度层时，每 100m 高差中可能产生系统性影响为 15-30mm.尽管不少学者已提出一些折光差改正计算公式，但正如 whalen指出的，这些模型仍保留 2
11、0%65%的系统误差.近年来，还发现地球磁场对补偿8式精密水准仪的影响达 2mm/km。此外，几何水准测量转点多，标尺与仪器下沉误差是另一项系统误差来源。由于上述原因，在丘陵、山区用几何水准测量进行高程传递是非常困难的，有时甚至是不可能的3。本世纪中叶以来，获得迅速发展的电磁波测距和空间定位技术，如多普勒卫星定位、甚长基线干涉测量、全球定位系统 GPs 等也同样受到大气层垂直折射的影响。为了提高空间测量和三角高程测量的精度，迫使人们重新研究大气折射率的测定和计算间题.国际大地测量协会(IAG)成立了专门的研究组，并将其列为国际重大的难点课题之一。从 60 年代起，相继举行过近 10 次国际会议
12、，旨在协作解决这一间题.许多测量工作者为此耗费了大量的时间和精力，也取得长足的进展。但总的说来，迄今仍处于继续探索阶段一些测量工作者得这个问题隐晦而富有魅力，也有人认为大地测量折射间题很复杂，是极难逾越的障碍。但是，在科学技术和生产实践发展的推动下，国内外对它的研究仍方兴未艾.80 年代以来，随着电子经纬仪的间世，特别是光电测距仪的广泛应用，三角高程测量已引起国内外同行的高度重视。三角高程测量不仅在测边网或边角网中作为确定点位高程的普遍方法，而且进一步同传统的二维控制网相结合，发展成为同时确定点的空间位置的三维控制网.这类网的具体形式有用作某些工程需要的高程监测网和监测滑坡、矿体或大坝变形的监
13、测网。另一种则是 EDM高程导线.这类导线又有两种形式，一种是采用类似于水准测量的观测方法，在两个标尺间设置仪器，称中间法或跳点法，也有称为三角水准测量。还有一种是采用对向观测法。1.2 国外精密三角高程测量的研究现状美国国家大地测量局于 1984 一 1985 年间用 T2O00 经纬仪和 DIS 测距仪组成全站型仪器，按中间法和对向观测法施测了总长为 30km 的线路，边长为300m 左右。求得 1km 往返测平均值标准差小于士 0.76mm 和士 1.02mm，环线闭合差小于士 4mmL (L 为线路长度，以 km 计)。加拿大新不伦斯威克大学于同一时期，采用与美国类似仪器在大学校园内6
14、00m 的道路上按中间法进行试验，边长分别为 200、250、30Om，垂直角观测 8一 12 测回，求得每公里往返测平均值的标准差为士 2.2mm。在澳大利亚悉尼北部面积为 80km2的果园所进行的中间法试验中，采用HP3820A、DM502 测距仪加 DKM 一 ZA 及 TZ 经纬仪等观测，垂直角用三丝法观测一测回，与几何水准测量比较，求得 1km 高差中误差为士 4.3mm.9德国德累斯顿大学使用 Recota 全站仪(测距中误差 5mm+2pm.D，测角精度为士 1.6)在 1.2km 与 1.5km 的两条闭合线路进行中间法和对向观测法试验，共测得 22 次，总长为 60ktn，平
15、均边长为 150m 与 370m。其结果与几何水准测量比较，在有利观测条件和一般条件观测时，对向观测时每公里高差中误差均小于士 3mm.两条导线的作业效率分别为 1.3km/小时和 2.3km/小时，实验表明在倾斜地面作业时更为经济3。1.3 我国三角高程测量的研究概况在我国，近十几年来，对 EDM 三兔高程测量的研究相当普遍。1982 年 11月和 1987 年 9 月先后在昆明和北京召开了“电磁波测距仪在工程测量中应用”的学术讨论会。992 年 11 月在厦门召开了“大气折射与测距三角高程代替水准测量学术讨论会” ，这标志着我国在这一领域的研究进入了新的阶段。先前的研究着重于 EDM 三角高程代替三、四等水准测量问题。如云南省水利水电勘测设计院用 DM502(或 DM503)测距仪测边，用 DKM 一 ZA 经纬仪观测天顶距 3 测回，施测高程导线 103 条，边长从 116m-1147 m。试验结果表明，当用中间法观测，边长在 1km 以内，ED
